package com.jinan.algorithm.binarySearch;

import java.util.Arrays;

public class BinarySearchTest {
    public static void main(String[] args) {

    }

    // 二分查找>=target的最小下标
    // 循环不变量：left-1始终是红false right+1始终是蓝true
    public int binarySearch(int[] nums, int target) {
        int left = 0;
        int right = nums.length - 1;
        while (left <= right) {
            int mid = (left + right) >>> 1;
            if (nums[mid] >= target) {
                right = mid - 1;
            } else {
                left = mid + 1;
            }
        }
        return left;
    }

    public int binarySearch(int[] nums, int right, int target) {
        int left = 0;
        while (left <= right) {
            int mid = (left + right) >>> 1;
            if (nums[mid] >= target) {
                right = mid - 1;
            } else {
                left = mid + 1;
            }
        }
        return left;
    }

    /**
     * 34. 在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置 <a href="https://leetcode.cn/problems/find-first-and-last-position-of-element-in-sorted-array/description/">...</a>
     * 给定一个按照升序排列的整数数组 nums，和一个目标值 target。找出给定目标值在数组中的开始位置和结束位置。
     *
     * @param nums   升序排列的整数数组
     * @param target 目标值
     * @return int[] 目标值在数组中的开始位置和结束位置。[start, end]
     */
    public int[] searchRange(int[] nums, int target) {
        //start转换为num[i]>=target的第一个位置
        int start = binarySearch(nums, target);
        // 如果start == nums.length，说明没有找到target，返回[-1, -1]
        if (start == nums.length || nums[start] != target) {
            return new int[]{-1, -1};
        }
        //如果start存在，end必定存在 end转换为num[i]>=target+1的位置-1
        int end = binarySearch(nums, target + 1) - 1;
        return new int[]{start, end};
    }

    /**
     * 704. 二分查找 <a href="https://leetcode.cn/problems/binary-search/description/">...</a>
     * 给定一个 n 个元素有序的（升序）整型数组 nums 和一个目标值 target  ，
     * 写一个函数搜索 nums 中的 target，如果目标值存在返回下标，否则返回 -1。
     *
     * @param nums   有序的整型数组
     * @param target 目标值
     * @return 目标值在数组中的下标
     */
    public int search(int[] nums, int target) {
        int left = 0;
        int right = nums.length - 1;
        while (left <= right) {
            int mid = left + (right - left) / 2;
            if (nums[mid] == target) {
                return mid;
            } else if (nums[mid] < target) {
                left = mid + 1;
            } else {
                right = mid - 1;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 2529.正整数和负整数的最大计数 <a href="https://leetcode.cn/problems/maximum-count-of-positive-integer-and-negative-integer/description/">...</a>
     * 给你一个按 非递减顺序 排列的整数数组 nums 。
     *
     * @param nums 按 非递减顺序 排列的整数数组，返回正整数数目和负整数数目中的最大值。
     * @return int 正整数和负整数的最大计数
     */
    // 遍历
    public int maximumCount(int[] nums) {
        int pos = 0;
        int neg = 0;
        for (int num : nums) {
            if (num > 0) {
                pos++;
            } else if (num < 0) {
                neg++;
            }
        }
        return Math.max(pos, neg);
    }

    // 二分查找
    public int maximumCount2(int[] nums) {
        int pos = nums.length - binarySearch(nums, 1);
        int neg = binarySearch(nums, 0);
        return Math.max(pos, neg);
    }

    /**
     * 2300.咒语和药水的成功对数 <a href="https://leetcode.cn/problems/successful-pairs-of-spells-and-potions/description/">...</a>
     * 难度：中等
     * tag:数组 双指针 二分查找 排序
     * description:
     * 给你两个下标从 0 开始的整数数组 spells 和 potions ，
     * 其中 spells[i] 表示第 i 咒语的能量强度，potions[j] 表示第 j 个药水的能量强度。
     * 同时给你一个整数 success 。一个咒语和药水的能量强度 相乘 如果 大于等于 success ，那么它们视为一对 成功 的组合。
     * 请你返回一个长度为 n 的整数数组 pairs，其中 pairs[i] 是能跟第 i 个咒语成功组合的 药水 数目。
     *
     * @param spells  咒语数组
     * @param potions 药水数组
     * @param success 咒语和药水的成功对数
     * @return int[] 咒语和药水的成功对数
     */
    public int[] successfulPairs(int[] spells, int[] potions, long success) {
        Arrays.sort(potions);
        int n = spells.length;
        int m = potions.length;
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            long target = (success + spells[i] - 1) / spells[i];
            if (target <= potions[m - 1]) {
                spells[i] = m - binarySearch(potions, (int) target);
            } else {
                spells[i] = 0;
            }
        }
        return spells;
    }

    /**
     * 2563.统计公平数对的数目 <a href="https://leetcode.cn/problems/count-the-number-of-fair-pairs/description/">...</a>
     * 难度：中等
     * tag:数组 双指针 二分查找 排序
     * description:
     * 给你一个下标从 0 开始、长度为 n 的整数数组 nums 和两个整数 lower 和 upper 。
     * 统计并返回下标满足 lower <= nums[i] + nums[j] <= upper 的 fair 数对的数目。
     * tips: 排序后，枚举 nums[i]，二分查找 nums[j] 的位置，统计满足条件的 fair 数对。
     * lower - nums[j] <= nums[i] <= upper - nums[j]
     *
     * @param nums  数组
     * @param lower 下限
     * @param upper 上限
     * @return long 公平数对的数目
     */
    public long countFairPairs(int[] nums, int lower, int upper) {
        Arrays.sort(nums);
        long ans = 0;
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            int left = binarySearch(nums, i - 1, lower - nums[i]);
            int right = binarySearch(nums, i - 1, upper - nums[i] + 1);
            ans += right - left;
        }
        return ans;
    }

    /**
     * 162. 寻找峰值 <a href="https://leetcode.cn/problems/find-peak-element/description/">...</a>
     * 难度：中等
     * tag:数组 二分查找
     * description:
     * 峰值元素是指其值严格大于左右相邻元素的元素。
     * 给你一个整数数组 nums，找到峰值元素并返回其索引。数组可能包含多个峰值，在这种情况下，返回 任何一个峰值 所在位置即可。
     * 你可以假设 nums[-1]= nums[n] = -∞ 。
     * 你必须实现时间复杂度为 O(log n) 的算法来解决此问题。
     * tips: 二分查找
     * @param nums 数组
     * @return int 峰值元素索引
     */
    public int findPeakElement(int[] nums) {
        //闭区间 [0, n-2],n-1必定是蓝即峰值右边或者峰值
        int left = 0;
        int right = nums.length - 2;
        while (left <= right) {
            int mid=left+right >>>1;
            if(nums[mid]>nums[mid+1]){
                right=mid-1;
            }else left=mid+1;
        }
        return left;
    }
    /**
     * 153. 寻找旋转排序数组中的最小值 <a href="https://leetcode.cn/problems/find-minimum-in-rotated-sorted-array/description/">...</a>
     * 难度：中等
     * tag:数组 二分查找
     * description:
     * 假设按照升序排序的数组在预先未知的某个点上进行了旋转。
     * ( 例如，数组 [0,1,2,4,5,6,7] 可能变为 [4,5,6,7,0,1,2] )。
     * 请找出其中最小的元素。
     * tips: 二分查找
     * @param nums 数组
     * @return int 最小元素
     */
    public int findMin(int[] nums) {
        int left = 0;
        int right = nums.length - 2;
        while(left<=right){
            int mid=left+right>>>1;
            if(nums[mid]>nums[nums.length-1]){
                left=mid+1;
            }else right=mid-1;
        }
        return nums[left];
    }
    /**
     * 33. 搜索旋转排序数组 <a href="https://leetcode.cn/problems/search-in-rotated-sorted-array/description/">...</a>
     * 难度：中等
     * tag:数组 二分查找
     * description:
     * 假设按照升序排序的数组在预先未知的某个点上进行了旋转。
     * ( 例如，数组 [0,1,2,4,5,6,7] 可能变为 [4,5,6,7,0,1,2] )。
     * 给你 旋转后 的数组 nums 和一个整数 target ，如果 nums 中存在这个目标值 target ，则返回它的下标，否则返回 -1 。
     * 你必须设计一个时间复杂度为 O(log n) 的算法解决此问题。
     * tips: 二分查找
     * @param nums 数组
     * @param target 目标元素
     * @return int 目标元素索引
     */
    public int search2(int[] nums, int target) {
        //将target和target右边染成蓝色
        int left = 0;
        int right = nums.length - 2;
        while (left <= right) {
            int mid = left + right >>> 1;
            if (isblue(nums, target, mid)) {
                right = mid - 1;
            } else {
                left = mid + 1;
            }
        }
        return nums[left] == target ? left : -1;
    }
    public boolean isblue(int[] nums,int target,int mid){
        int x = nums[mid];
        int end = nums[nums.length - 1];
        if (x > end) {
            return target > end && x >= target;
        }
        return target > end || x >= target;
    }
    /**
     * 275. H 指数 II <a href="https://leetcode.cn/problems/h-index-ii/description/">...</a>
     * 难度：中等
     * tag:数组 二分查找
     * description:
     * 给你一个整数数组 citations ，其中 citations[i] 表示研究者的第 i 篇论文被引用的次数。计算并返回该研究者的 h 指数。
     * h 指数的定义：h 代表“高引用次数”（high citations），一名科研人员的 h 指数 是指他（她）至少发表了 h 篇论文，并且每篇论文 至少
     * 被引用次数 至少为 h 次。如果 h 有多种可能的值，h 指数 是其中最大的那个。
     * tips: 二分查找
     * @param citations 论文被引用次数
     * @return int h指数
     */
    public int hIndex(int[] citations) {
        int left = 0;
        int right = citations.length - 1;
        while (left <= right) {
            int mid = left + right >>> 1;
            //满足条件，向左
            if (citations[mid] < citations.length - mid) {
                left = mid + 1;
            } else {
                right = mid - 1;
            }
        }
        return citations.length - left;
    }

    /**
     * 875. 爱吃香蕉的珂珂 <a href="https://leetcode.cn/problems/koko-eating-bananas/description/">...</a>
     * 难度：中等
     * tag:数组 二分查找
     * description:
     * 珂珂喜欢吃香蕉。这里有 n 堆香蕉，第 i 堆中有 piles[i] 根香蕉。警卫已经离开了，将在 h 小时后回来。
     * 珂珂可以决定她吃香蕉的速度 k （单位：根/小时）。每个小时，她将会选择一堆香蕉，从中吃掉 k 根。如果这堆香蕉少于 k 根，她将吃掉这堆的所有香蕉，然后这一小时内不会再吃更多的香蕉。
     * 珂珂喜欢慢慢吃，但仍然想在警卫回来前吃掉所有的香蕉。
     * 返回她可以在 h 小时内吃掉所有香蕉的最小速度 k（k 为整数）。
     * @param piles 香蕉堆
     * @param h 小时
     * @return int 吃香蕉的速度
     */
    public int minEatingSpeed(int[] piles, int h) {
        int left = 0;
        int right = 0;
        for (int pile : piles) {
            right = Math.max(right, pile);
        }
        while (left <= right) {
            int mid = left + right >>> 1;
            if (isEat(piles, mid, h)) {
                right = mid - 1;
            } else {
                left = mid + 1;
            }
        }
        return left;
    }

    private boolean isEat(int[] piles, int mid, int h) {
        int sum = piles.length;
        for (int pile : piles) {
            sum += pile - 1 / mid;
            if(sum>h){
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    /**
     * 240. 搜索二维矩阵 II <a href="https://leetcode.cn/problems/search-a-2d-matrix-ii/description/">...</a>
     * 难度：中等
     * tag:数组 二分查找 分治
     * description:
     * 编写一个高效的算法来搜索 m x n 矩阵 matrix 中的一个目标值 target 。该矩阵具有以下特性：
     * 每行的元素从左到右升序排列。
     * 每列的元素从上到下升序排列。
     * tips: 二分查找
     * @param matrix 矩阵
     * @param target 目标值
     * @return boolean 是否存在
     */
    public boolean searchMatrix(int[][] matrix, int target) {
        if (matrix.length == 0){
            return false;
        }
        int i = 0;
        int j = matrix[0].length - 1;
        while (i < matrix.length && j >= 0) {
            if (matrix[i][j] == target) {
                return true;
            } else if (matrix[i][j] < target) {
                i++;
            } else {
                j--;
            }
        }
        return false;
    }
    /**
     * 35. 搜索插入位置 <a href="https://leetcode.cn/problems/search-insert-position/description/">...</a>
     * 难度：简单
     * tag:数组 二分查找
     * description:
     * 给定一个排序数组和一个目标值，在数组中找到目标值，并返回其索引。如果目标值不存在于数组中，返回它将会被按顺序插入的位置。
     * 请必须使用时间复杂度为 O(log n) 的算法。
     * restrictions:
     * 1. 1 <= nums.length <= 10^4
     * 2. -10^4 <= nums[i] <= 10^4
     * 3. nums 为 无重复元素 的 升序 排列数组
     * tips: 二分查找
     * @param nums 数组
     * @param target 目标值
     * @return int 索引
     */
    public int searchInsert(int[] nums, int target) {
        int left = 0;
        int right = nums.length - 1;
        while(left <= right){
            int mid = (left + right) >>> 1;
            if(nums[mid] == target){
                return mid;
            }else if(nums[mid] < target){
                left = mid + 1;
            }else{
                right = mid - 1;
            }
        }
        return left;
    }

    /**
     * 4. 寻找两个正序数组的中位数 <a href="https://leetcode.cn/problems/median-of-two-sorted-arrays/description/">...</a>
     * 难度：困难
     * tag:数组 二分查找
     * description:
     * 给定两个大小分别为 m 和 n 的正序（从小到大）数组nums1 和nums2。请你找出并返回这两个正序数组的 中位数 。
     * restrictions:
     * 1. nums1.length == m
     * 2. nums2.length == n
     * 3. 1 <= m, n <= 1000
     * 4. -10^6 <= nums1[i], nums2[i] <= 10^6
     * 5. nums1 和 nums2 均为 有序 数组
     * @param nums1 数组1
     * @param nums2 数组2
     * @return double 中位数
     */
    public double findMedianSortedArrays(int[] nums1, int[] nums2) {
        int m = nums1.length;
        int n = nums2.length;
        if (m > n) {
            return findMedianSortedArrays(nums2, nums1);
        }
        int left = 0, right = m - 1;
        while (left <= right) {
            int mid = (left + right) >>> 1;
            int j = (m + n + 1) / 2 - mid - 2;
            if(nums1[mid]<=nums2[j+1]){
                left = mid + 1;
            } else {
                right = mid - 1;
            }
        }
        // 此时left-1=right;
        int i = left - 1;
        int j = (m + n + 1) / 2 - i - 2;
        int ai = i >= 0 ? nums1[i] : Integer.MIN_VALUE;
        int bj = j >= 0 ? nums2[j] : Integer.MIN_VALUE;
        int ai1 = i + 1 < m ? nums1[i + 1] : Integer.MAX_VALUE;
        int bj1 = j + 1 < n ? nums2[j + 1] : Integer.MAX_VALUE;
        int max1 = Math.max(ai, bj);
        int min2 = Math.min(ai1, bj1);
        return (m + n) % 2 == 0 ? (max1 + min2) / 2.0 : max1;
    }
}